Электромагнитные ДМ

Вводные замечания. Электромагнитный ДМ состоит из сердечника, якоря и катушки. Сердечник и якорь выполняют конструкционной или кремнистой стали, а также из железа Армко. В случае, когда ДМ работает на переменном токе, применяют листовую электротехническую сталь, пермаллой, а также сталь марки ХВП. По конструктивному исполнению различают: ДМ с повторным якорем, ДМ клапанного типа и соленоидного типа (рис.1)

Рис. 1. Конструктивные схемы электромагнитных ДМ.

На рис. 1. Схемы б) и в) используются во вспомогательных механизмах, например, в арретирующих устройствах, механизмах включения муфт и т.п.

1.1 Вращающий момент.

При инженерных расчетах потоками рассеяния можно пренебречь и уравнение вращающего момента записать в виде:

где: i – ток, протекающий через обмотку Э.М.

L₀ – коэффициент самоиндукции, вычисленный по магнитному потоку в воздушном зазоре,

θ – угол поворота якоря Э.М.

При насыщенной системе магнитное сопротивление воздушного зазора обычно значительно больше магнитного сопротивления сердечника и якоря. Пренебрегая сопротивление железа, имеем:

где: - число витков катушки,

- проводимость воздушного зазора.

Подставим (2) в (1):

Если Э.М. питается постоянным током, то величина тока определяется напряжением, подаваемым на обмотку и сопротивлением обмотки, но не зависит от угла поворота якоря, т.е.:

Если величину момента мерить в (г. См), то

При питании Э.М. переменным током и при неизменной величине напряжения, сила тока в обмотке зависит от угла поворота якоря.

Если пренебречь потерями энергии в магнитопроводе и омическим падением напряжения в обмотке, то:

где: U – подведенное напряжение (эффективное),

Е – э.д.с. в обмотке,

f – частота питающего напряжения,

Ф_max – амплитуда магнитного потока, связанного с обмоткой.

С другой стороны, если пренебречь, как и ранее, магнитным сопротивлением сердечника и якоря, то:

где У_max – амплитудное значение тока в обмотке.

Исключим из (6) и (7) значение Ф_max и получим:

Подставим значение L₀ и У_max в формулу (3) и выполнив преобразования, найдем, что амплитудное значение электромагнитного момента выражается:

Т.к. U = U_max·sin t, то во времени:

Таким образом, корректирующий момент имеет постоянную и переменную составляющие. Наличие переменной составляющей благоприятно влияет на работу всей системы.

Значение проводимости воздушного зазора , а следовательно, и величина момента существенно зависят от профиля якоря.

В простейшем случае профиль якоря очерчен по дуге окружности (рис.2).

В этом случае:

При питании постоянным током будем иметь:

Рис.2. Профиль якоря.

При питании переменным током:

В обоих случаях момент обращается в нуль при совпадении оси якоря с осью полюсов.

Данный профиль обеспечивает работу в области малых углов θ не превышающих θ₀.

Если требуется большой угол, тогда нужно профиль очертить по спирали, гиперболе и т.п.

В этом случае удается получить значения углов θ до 120 150°.

1.2. Конструктивные разновидности Д.М. с поворотным якорем.

Конструктивные схемы ДМ приведены на рис.3.

Рис. 3. Варианты конструктивных схем электромагнитных ДМ.

Схема а) применяется с целью уменьшения веса якоря. На оси гироприбора устанавливают два подобных ДМ, каждый из которых соз­дает момент определенного знака.

В схеме б) использована Н-образная форма якоря.

В зависимости от того, в какую пару из двух последовательно соединенных обмоток подается ток, электромагнит развивает мо­мент того или иного знака.

Недостатки этих схем: малый угол поворота и большой вес подвижных элементов. Максимальный угол поворота порядка 10°.

Катушки датчика по схеме г) могут быть включены дифференциально (рис.4).

Рис.4. Дифференциальная схема включения (движок потенциометрического ДУ связан с ЧЭ гироприбора).